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2021年“烟台最美科技工作者”提名人选——张振华
发布日期:2021-11-15

    主要事迹

    张振华现任鲁东大学资源与环境工程学院院长、教授(二级岗位),博士研究生,山东省有突出贡献的中青年专家。长期从事农业水土资源高效利用研究,专长于节水灌溉理论与技术。

    主持完成国家自然科学基金青年项目“间接地下滴灌水氮运移规律与节水增产机制研究”、国家自然科学基金面上项目“滴灌水气传输机制与盐碱棉田土壤-植物系统响应”、国家重点研发计划专项“设施作物水气耦合高效利用技术与设备”等国家级项目,主持在研国家自然科学基金面上项目“曝气滴灌调控土壤通气性的机制与效应研究”、“十三五”国家重点研发计划子课题 “加气灌溉技术与装备研发”、山东省农业重大应用技术创新项目“设施蔬菜水肥气高效耦合灌溉技术研究与示范”、山东省重大科技创新工程项目课题“水肥一体化智能灌溉系统终端高效滴头研发及产业化”等项目。在《Science of the Total Environment》、《Journal of Cleaner Production 》、《农业工程学报》、《土壤学报》等国内外期刊发表节水灌溉装备与技术、土壤改良等论文100余篇,其中SCI论文30余篇,获得国家发明专利20余件,出版专著3部。

    针对传统灌溉因水分置换土壤空气而导致土壤通气性下降的问题,率先开展了水肥气耦合灌溉理论、技术与装备的系统研究。水肥气耦合灌溉借助于滴灌系统,将水肥溶液与微气泡的混合多相流输送到植物根区,既补充了土壤水肥,又能维持土壤良好的通气性,是一种全新的灌溉理念与技术。如何把空气以微气泡的形式均匀地与水肥混合,是水气耦合灌溉成败的关键问题。目前多采用Mazzei文丘里射流器来进行水气混合,其曝气比率较低,仅为12%,不利于不同土壤和植物条件下适宜曝气比率的实施。张振华团队通过长期的科技攻关,将掺气率上限由现有技术的12%提高到30%,显著增加了曝气的比率,解决了水肥气耦合灌溉技术存在的掺气比率较低且不稳定的关键难题,填补了国内外技术空白。研制生产的水肥气耦合灌溉产品具有优良的水、气出性能,流均匀度分别在和以上,出水均匀度在95%以上,出气均匀度达到70%显著高于国外技术40%左右的平均水平。团队进一步通过系统研究,确定了适合于作物高效水肥利用的水肥气耦合精量灌溉制度和方法。

    张振华教授首位完成的“新型滴灌系统关键技术研究与应用”“水肥气一体化精准调控关键技术研发与应用”两项成果分别获得2013年度、2019年度山东省科技进步二等奖。第二位完成的“水气耦合高效灌溉技术研发与应用”“提质增效的作物水肥气协同调控技术研发与应用”分别获得 2016 年度河南省科学技术进步二等奖、2020年度河南省技术发明二等奖。

     感人故事

    如何把空气以微气泡的形式均匀地与水肥溶液混合,是水肥气耦合灌溉成功实施的关键。目前多采用Mazzei文丘里射流器来完成水肥气的混合,其曝气比率较低,仅为12%,不利于不同土壤和植物条件下适宜曝气比率的实施。研发高效低能耗宽泛曝气比率的新型曝气系统,对曝气滴灌的推广应用意义重大,张振华教授立志要把这项关键技术掌握在自己手中。

    为了掌握这个核心技术,张振华教授带领团队,进行了十余年的艰辛探索。漫长的攻关过程要付出大量劳动,科学分析,更需要思路清晰和判断精准。研发过程中,团队成员每天频繁实验,不断调整出流边界条件,进行海量的模拟实验。2012年,第一代“循环往复”水气耦合装备终于研发成功。然而问题接踵而至,掺气比率虽然提高,但稳定性达不到要求。张振华教授多方搜集资料,潜心钻研,经过长达两年紧张的科技攻关和现场应用,第二代“ASD空化曝气”耦合技术成型,利用循环曝气技术,将空气掺入比例提高到30%以上,大大超越现有技术12%的掺气比率,解决了现有技术存在的掺气比率较低且不稳定的关键技术难题,填补了国内外技术的空白。上述研究先后获得发明专利12项,形成了保护严密的水肥气耦合灌溉专利群,从而将关键核心技术牢牢掌握在自己手中。为了更好地将科技成果应用于生产实践,项目组对产品持续改进,研制出了全自动智能式水肥气一体化高效耦合装备(图1),这一技术被CCTV-7《农广天地》栏目专题播出(http://tv.cntv.cn/video/C10391/ 2b58c195f02e4fc690752649f780d9ed),为水气耦合灌溉的应用提供了技术支撑。

    研制生产的水肥气耦合高效利用装备与技术,能够显著促进蔬菜的水肥利用效率,提高产量与品质,产生了显著的经济、社会和环境效益。例如,在烟台市果园中推广应用水肥气耦合高效灌溉技术,平均每亩果园每年可节水90m³,每亩带来新增利润840元。水肥气耦合精准调控关键技术已在烟台、潍坊、威海、三门峡、濮阳等地的设施蔬菜、果园及农业大田生产中得到大面积应用,累计应用面积达150余万亩,新增产值(销售额)累计163105万元,新增利润53034万元,先后获得4项省科学技术二等奖励。

      

 

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